KR20020011434A - Device for measuring the contact pressure of a winding press element in an output transformer - Google Patents
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Abstract
Description
특히 전력 트랜스포머에서의 권선은 전도체와 절연 물질의 조합으로 이루어져 있다. 이들은 기본적으로 원통 모양을 가지는 복합 구조를 나타낸다. 제조/권취(winding) 후, 권선은 트랜스포머의 철심(iron core)으로 둘러싸이도록 배열된다.In particular, windings in power transformers consist of a combination of conductors and insulating materials. These basically represent a composite structure having a cylindrical shape. After manufacture / winding, the windings are arranged to be surrounded by the iron core of the transformer.
트랜스포머 권선은 트랜스포머의 일생(entire life)에 걸쳐 회로의 단락(short-circuit)과 다른 기계적 힘에 견딜 수 있도록 충분한 기계적 강도와 견고성(robustness)을 가질 수 있게 설계되어야 한다. 하나의 특히 중요한 측면은 우수한 기계적 견고성을 발생시키는 권선의 압축에 있다.Transformer windings should be designed to have sufficient mechanical strength and robustness to withstand short-circuit and other mechanical forces in the circuit throughout the transformer's entire life. One particularly important aspect is the compression of the windings which produces good mechanical robustness.
압축으로 인해 트랜스포머의 권선에 작용하는 압력은 다수의 영향의 결과로서 시간 경과에 따라 감소한다. 이것은 그후 그 기계적 강도가 종종 회로 단락의 경우에는 불충분하게 되어, 트랜스포머의 파손 확률을 증가시킨다. 트랜스포머에설치(installed)되어 접촉 압력의 변화를 검출할 수 있는 장치는 전혀 알려져 있지 않다.The pressure on the windings of the transformer due to compression decreases over time as a result of a number of effects. This then increases the mechanical strength often becomes insufficient in the case of a short circuit, increasing the probability of breakdown of the transformer. No device is known that can be installed in a transformer to detect a change in contact pressure.
예를 들어, 도 6은 감소하는 접촉 압력의 전형적인 윤곽을 도시하는데, 이 윤곽은 회로 단락이 일어난 후 각 경우에 오프라인으로 결정되어졌다. 도 7은 예정된 시간 간격으로 오프라인으로 기록된 윤곽을 도시한다.For example, FIG. 6 shows a typical contour of decreasing contact pressure, which was determined off-line in each case after a short circuit. 7 shows the contour recorded offline at predetermined time intervals.
트랜스포머 권선은 제작 동안 정상적으로 압축된다. 여기에는 작업 동안 어떤 변화도 검출할 수 있는 성능이 없다. 교정을 위한 재압축은 대규모 수선 작업 동안에만, 예를 들어, 권선 중 하나를 교체할 필요가 있을 때에만 실시할 수 있다.Transformer windings are normally compressed during fabrication. It lacks the capability to detect any change during operation. Recompression for calibration can only be carried out during large repairs, for example when one of the windings needs to be replaced.
비록 작업 기간 동안 기계적 탄성 소자에 의해 어느 정도까지는 압축이 재조정되는 배치들이 사용되더라도, 여기에는 원리적으로 권선의 실제 압축 상태에 대한 대상 정보(objective information)와 그리하여 트랜스포머의 상태에 대한 정보는 전혀 없다.Although batches where compression is re-adjusted to some extent by the mechanical elastic element during the working period are used, there is in principle no objective information about the actual compression state of the windings and thus no information on the state of the transformer. .
본 발명은 전력 트랜스포머 또는 다른 고전력 설비에서 권선 압축 소자가 권선에 가하는 접촉 압력을 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring the contact pressure exerted by a winding compression element on a winding in a power transformer or other high power installation.
도 1은 전력 트랜스포머에 배열되어 있는 측정 장치의 개요를 예시하는 도면.1 illustrates an overview of a measuring device arranged in a power transformer.
도 2는 압축 소자와 안테나 배치 사이의 압력 센서에 대한 하나의 가능한 배치를 도시하는 도면.2 shows one possible arrangement for the pressure sensor between the compression element and the antenna arrangement.
도 3은 탄성 변형체 내에 배열되어 있는 센서 소자의 배치에 대한 제 1 실시 변형예를 도시하는 도면.3 shows a first embodiment variant of the arrangement of the sensor elements arranged in the elastic deformation body;
도 4는 스프링 소자 내에 배열되어 있는 센서 소자의 배치에 대한 제 2 실시 변형예를 도시하는 도면.4 shows a second embodiment variant of the arrangement of sensor elements arranged in a spring element;
도 5는 안테나 배치를 도시하는 도면.5 is a diagram illustrating an antenna arrangement;
도 6은 회로 단락 후 개개의 점에서 오프라인으로 기록된 권선 압축 소자의 접촉 압력의 전형적인 윤곽을 도시하는 도면.6 shows a typical contour of the contact pressure of a winding compression element recorded off-line at an individual point after a circuit short.
도 7은 일정 시간 간격으로 기록된 접촉 압력의 전형적인 윤곽을 도시하는 도면.FIG. 7 shows a typical profile of contact pressures recorded at regular time intervals.
도 8은 본 발명에 따른 장치를 사용하여 온라인으로 기록된 접촉 압력의 윤곽을 도시하는 도면.8 shows the contour of contact pressure recorded online using the device according to the invention.
도 9는 회로 단락의 경우에 동적으로 기록될 수 있는 압력 윤곽을 도시하는 도면.9 shows a pressure contour that can be dynamically recorded in the case of a circuit short.
따라서 본 발명은 전력 트랜스포머에서 권선 압축 소자의 접촉 압력을 측정하는 장치를 명시할 목적에 기초를 두고 있다.The present invention is therefore based on the purpose of specifying a device for measuring the contact pressure of a winding compression element in a power transformer.
본 목적은 청구항 1에 기재된 특징을 가지는 접촉 압력 측정용 장치에 의해 달성된다. 유리한 개선점이 추가 청구항에 기재되어 있다.This object is achieved by an apparatus for measuring contact pressure having the features of claim 1. Advantageous improvements are described in further claims.
본 장치는 최종 접촉 압력이 언제나 측정을 통해 검출될 수 있게 하며 그리하여 비교적 긴 작업 기간 후에도 여전히 존재하는 잔류 접촉 압력 또한 언제나 측정을 통해 검출될 수 있게 한다.The apparatus ensures that the final contact pressure can always be detected by measurement, so that the residual contact pressure still present after a relatively long working period can also be detected by measurement at all times.
이하의 본문은 도면에 도시되어 있는 예시적인 실시예를 참조하여 본 발명에 대한 추가적인 설명을 포함한다.The following text contains further description of the present invention with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings.
도 1은 전력 트랜스포머에서 본 발명에 따른 장치의 배치에 대한 개요 예시를 도시한다. 이것은 다수의 권선 중 하나의 권선(1)을 도시한다. 도면에서는 볼 수 없는 철심(5)의 가장 자리는 권선(1) 내에 위치되어 있다. 권선 압축 소자(2)는 각 경우에 심(5)의 상부 및 하부 요크와 권선(1) 사이에 삽입되어 있다.1 shows a schematic illustration of the arrangement of a device according to the invention in a power transformer. This shows the winding 1 of one of the multiple windings. The edge of the iron core 5, which is not visible in the figure, is located in the winding 1. The winding compression element 2 is in each case inserted between the upper and lower yokes of the shim 5 and the winding 1.
도시되어 있는 예에서, 센서(4)는 상부 압축 소자(2)의 구역에 배열되어 있다. 또한 다수의 센서(4)도 거기에 배열될 수 있다. 이 센서(4)는 바람직하게는 심 요크(5)와 마주하는 압축 소자(2)의 일측에 배열된다. 압력(pressure) 또는 스트레인(strain)에 반응하는 센서(4)가 구성 및 배치에 따라, 사용에 적합할 수 있다.In the example shown, the sensor 4 is arranged in the region of the upper compression element 2. Also a number of sensors 4 can be arranged there. This sensor 4 is preferably arranged on one side of the compression element 2 facing the shim yoke 5. Sensors 4 responsive to pressure or strain may be suitable for use, depending on their configuration and placement.
적어도 하나의 센서(4)는 배선 없는 소형 센서(wire-free miniature sensor), 즉 무선으로 체크될 수 있는 소형 센서 형태이다. 센서(4)에 포함된 센서 소자는 이리하여 적어도 하나의 무선-주파수 또는 마이크로파 안테나에 전기적으로 연결되며, 이 안테나는 센서 안테나(3)로 칭한다.At least one sensor 4 is in the form of a wire-free miniature sensor, ie a miniature sensor that can be checked wirelessly. The sensor elements included in the sensor 4 are thus electrically connected to at least one radio-frequency or microwave antenna, which is called the sensor antenna 3.
권선(1)과 함께, 심(5)은 전력 트랜스포머에서 탱크(6) 내에 위치된다. 체킹 전자 장치(checking electronics)(7)는 이 탱크(6) 외부에 위치되며, 체킹 안테나(9)는 탱크(6)의 벽을 통과하는 무선-주파수 부싱(bushing)(8)을 통해 체킹 전자 장치(7)와 연결된다. 체킹 안테나(9)와 센서 안테나(3)는 무선 링크가 가능하도록 배열된다. 체킹 전자 장치(7)는 제어 디바이스 및 모니터링 디바이스 뿐만 아니라 송신기와 수신기를 포함한다.Together with the winding 1, the shim 5 is located in the tank 6 in the power transformer. Checking electronics 7 are located outside this tank 6, and the checking antenna 9 is via a radio-frequency bushing 8 passing through the wall of the tank 6. Connected with the device (7). The checking antenna 9 and the sensor antenna 3 are arranged to enable a radio link. The checking electronic device 7 comprises a transmitter and a receiver as well as a control device and a monitoring device.
센서(4)와 안테나(3, 9)와 함께 체킹 전자 장치(7)로 형성된 측정 장치는SAW 기술을 사용하여 바람직하게 설계될 수 있으며 동작할 수 있는데, SAW 기술은 예를 들어 문서 DE-A1-44 13 211과 DE-A1-195 35 543에 기술되어 있다.The measuring device formed of the checking electronics 7 together with the sensors 4 and the antennas 3, 9 can be advantageously designed and operated using SAW technology, which is described in document DE-A1, for example. -44 13 211 and DE-A1-195 35 543.
약어 SAW는 표면 음향파(Surface Acoustic Waves)를 나타낸다. 무선 송신은 30MHz 내지 3GHz 범위의 주파수에서 일어난다. SAW 센서는 센서 소자로서 압전 결정(piezoelectric crystal)으로 이루어진 박판(thin platelet)을 포함한다. 체킹 설비(7)로부터 방출된 무선 주파수 신호는 센서(4)의 안테나(3)에 의해 수신되며 (상호디지털)트랜스듀서에 의해 기계적 SAW로 변환되어 전파된다. 전파하는 SAW는 적합한 반사형 구조를 통해 센서(4) 내의 트랜스듀서로 되반사되며, 센서(4)에서, SAW는 전자기파로 되변환되며 안테나(3)에 의해 전송된다. SAW 센서에 있어서, 측정하고자 하는 물리적 변수는 표면 음향파의 특성에 영향을 미쳐야 한다. 원리적으로, 전파 속도와 경로 거리는 변화한다. 굽힘과 압력과 같은 기계적 힘은 결정의 음향 경로 길이와 탄성 상수를 모두 변화시키며 그리하여 SAW 속도도 변화시킨다. 체킹 전자 장치(7)는 공진 센서의 경우에 중간 주파수에서의 이동 뿐만 아니라 지연 시간 또는 위상 이동, 신호 진폭과 신호 형태를 평가한다. SAW 센서는 수동 소자이므로, 즉 거기에는 임의의 배터리도 기판 상에 임의의 능동 전자 소자도 없으므로, SAW 센서는 심각한 환경 조건에서 오랜 기간 사용하기에 특히 적합하다.The abbreviation SAW stands for Surface Acoustic Waves. Wireless transmission occurs at frequencies in the range of 30 MHz to 3 GHz. The SAW sensor includes a thin platelet made of piezoelectric crystal as a sensor element. The radio frequency signal emitted from the checking facility 7 is received by the antenna 3 of the sensor 4 and converted into a mechanical SAW by a (interdigital) transducer and propagated. The propagating SAW is reflected back to the transducer in the sensor 4 via a suitable reflective structure, in which the SAW is converted back to electromagnetic waves and transmitted by the antenna 3. For SAW sensors, the physical parameters to be measured should affect the characteristics of the surface acoustic wave. In principle, the propagation speed and path distance change. Mechanical forces such as bending and pressure change both the acoustic path length and the elastic constant of the crystal, thus changing the SAW velocity. The checking electronics 7 evaluates the delay time or phase shift, the signal amplitude and the signal shape as well as the movement at the intermediate frequency in the case of the resonant sensor. Since the SAW sensor is a passive element, i.e. there is no battery or any active electronics on the substrate, the SAW sensor is particularly suitable for long-term use in severe environmental conditions.
도 2는 센서(4)와 센서에 연결된 두 개의 센서 안테나(3)의 하나의 가능한 배치를 도시한다. 이 센서(4)는 밀봉하여 밀폐된 탄성 캡슐(hermetically sealed and elastic encapsulation)(10) 내에 칩의 형태로 센서 소자(40)를 포함한다. 이 캡슐(10)은 에이징 효과(ageing effect)와 신호 왜곡(signal corruption)을 야기할수 있는 화학적 영향으로부터 센서 소자(40)를 보호한다.2 shows one possible arrangement of the sensor 4 and two sensor antennas 3 connected to the sensor. The sensor 4 comprises a sensor element 40 in the form of a chip in a hermetically sealed and elastic encapsulation 10. This capsule 10 protects the sensor element 40 from chemical effects that can cause aging effects and signal corruption.
SAW 센서가 신장/압축(expansion/compression)에도 민감하기 때문에, 하우징 형상이 압축력을 신장/압축으로 변환하도록 소자를 설치하는 것이 유리하다. 도 3 및 도 4는 탄성적으로 변형가능한 센서(4)의 예를 도시한다.Since the SAW sensor is also sensitive to expansion / compression, it is advantageous to install the device so that the housing shape converts the compressive force into expansion / compression. 3 and 4 show an example of the elastically deformable sensor 4.
도 3은 탄성 변형체(100) 내에 소자(40)의 배치하는 센서(4)의 일 실시예를 도시한다. 도 4는 스프링 소자(11)와 센서(4)의 조합을 도시한다.3 shows one embodiment of a sensor 4 in which the element 40 is placed within the elastic deformable body 100. 4 shows a combination of the spring element 11 and the sensor 4.
도 5는 공통 체킹 안테나(9)와 상호작용하는 다수의 센서 안테나(3)를 가지는 하나의 가능한 안테나 배치를 도시한다.5 shows one possible antenna arrangement with multiple sensor antennas 3 interacting with a common checking antenna 9.
도 8은 이미 언급된 도 6 및 도 7과 유사한 방식으로, 시간의 함수로 접촉 압력의 윤곽을 도시하지만, 이 경우에는 본 발명에 따른 배치에 의해 수년에 걸쳐 연속적으로 온라인으로 기록된 접촉 압력의 윤곽을 도시한다.FIG. 8 shows the contour of the contact pressure as a function of time, in a manner similar to that of FIGS. 6 and 7 already mentioned, but in this case of the contact pressure recorded online continuously over the years by the arrangement according to the invention. Show the outline.
하지만, 동일 배치가 매우 단시간의 기간, 예를 들어, 도 9에 도시되어 있는 100㎳에 걸쳐 접촉 압력의 동적 변화를 기록하기 위해 회로 단락의 경우에도 사용될 수 있다.However, the same arrangement can also be used in the case of a short circuit to record the dynamic change in contact pressure over a very short period of time, for example 100 kPa shown in FIG.
본 발명은 전력 트랜스포머 또는 다른 고전력 설비에서 권선 압축 소자가 권선에 가하는 접촉 압력을 측정하는 장치에 이용 가능하다.The invention is applicable to an apparatus for measuring the contact pressure exerted by a winding compression element on a winding in a power transformer or other high power installation.
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